Одна из самых серьезных проблем для лунных миссий — как пилотируемых, так и беспилотных — местная пыль, или реголит. Астрофизик Слава Турышев из Лаборатории реактивного движения НАСА собрал научные исследования лунной пыли в обзор, опубликованный на arXiv.
Сочетание свойств
Вред реголита для будущих лунных миссий обусловлен сочетанием нескольких его свойств. Прежде всего — лунные пылинки — очень острые. На нашем спутнике нет круговорота воды, который на Земле «обкатывает» пылевые частицы, придавая им относительно безобидную форму, например, овальную или сферическую. При ближайшем рассмотрении частицы лунной пыли оказываются колючими, из-за чего легко повреждают поверхности, на которые налипают.
А налипают они очень охотно. По расчетам Турышева, силы Ван-дер-Ваальса (т. е. силы сцепления, удерживающие пылинки вместе) могут превосходить лунную силу тяжести в 100 миллионов раз. Как только пыль пристает к чему-либо — будь то внешняя сторона скафандра или внутренние механизмы ровера — удалить ее невероятно сложно.
В статье также указываются на другие проблемы, связанные с пылью. У нее превосходные диэлектрические свойства, а значит, если она покроет антенну — например, используемую для связи с работающим ровером — это может ослабить (или «заглушить») сигнал, ограничив дальность действия системы связи. Более того, характер этого воздействия зависит от происхождения пыли. В лунных морях она ведет себя как диэлектрическая нагрузка, а в материковых районах — скорее как емкостной «расстраивающий» элемент, что затрудняет поддержание стабильной частоты.
Постоянно затененные регионы (ПЗР) создают собственные, связанные с пылью, трудности. Эти области представляют наибольший интерес для исследований из-за возможного наличия водяного льда, поэтому так важна эффективная работа в ПЗР. Чрезвычайно низкая электропроводность песчинок приводит к накоплению статического заряда на любом предмете, который по ним перемещается или который они покрывают. Это может вызвать электрический разряд, способный вывести из строя чувствительную электронику, если она не была спроектирована с учетом такого риска.
Новые данные зонда ChaSTE на посадочном аппарате «Чандраян-3» показывают, что теплоизоляционные свойства пыли достаточны для того, чтобы вызывать перегрев систем в случае обрастания ею радиаторов. Однако индийская миссия обнаружила, что уже на глубине в несколько сантиметров реголит гораздо более уплотнен и проводит тепло намного лучше, чем мелкие частицы на поверхности.
Три механизма переноса
Другие новые данные поступили с эксперимента NILS на борту посадочного аппарата «Чанъэ-6». Он обнаружил, что солнечная радиация создает на дневной стороне Луны вблизи поверхности слой заряженных ионов водорода. Эта «плазменная оболочка» порождает «электростатические прыжки» — один из трех способов механизмов переноса пыли, рассмотренных в статье. Больше всего эффект выражен на границе дня и ночи, где электрические заряды настолько велики, что преодолевают лунную гравитацию и поднимают пыль ввысь.
Еще один механизм переноса — выбросы при ударах микрометеоритов, которые уже относительно хорошо изучены, но важно отметить, что пыль от таких ударов создает постоянное «облако», парящее над лунной поверхностью.
Последний механизм переноса мы создаем сами, и в статье о нем также содержатся новые сведения. При посадке ракетные двигатели поднимают огромные шлейфы пыли, по сути, подвергая песчаной бомбардировке все в радиусе нескольких километров. Данные со стереокамер SCALPSS с неудачно севшей миссии Intuitive Machines «Одиссей» показывают, что «скорость эрозии» (т. е. то, как быстро пыль выдувается) под действием реактивной струи в 4–10 раз выше, чем считалось ранее. Учет этого фактора потребует либо сажать ракеты дальше от долговременной базы, либо проектировать саму базу так, чтобы она выдерживала еще более мощные пылевые потоки, чем предполагалось изначально.
Пока что вся эта информация — лишь полезные сведения для инженеров, планирующих следующий этап лунных исследований. Возможно, это не самые приятные новости (но научная информация и не обязана такой быть), и гораздо лучше приступать к столь значимой задаче, как колонизация других небесных тел, с пониманием трудностей, чем наивно надеяться, что все будет просто. Лунная пыль — это проблема, с которой придется иметь дело на Луне, и нужно иметь это в виду.
Физики разгадали происхождение неровного облака пыли вокруг Луны
Эксперимент доказал, что воду на Луне делает Солнце, а не кометы
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram